3.4系統(tǒng)低功耗設計

對于需要連續(xù)供電的器件應選擇較低漏電流的器件。穩(wěn)壓電源選擇TPS71533，運算放大器選擇低功耗運放。測量電路設計了開啟和關閉的開關，在不需測量的狀態(tài)下，采樣電路關閉，以減少電能的損耗。在控制上選用低功耗控制策略。智能電池在充電過程、給用電器供電、顯示按鍵按下時，MCU工作在Run模式和Wait模式下，其余時間工作在STOP模式下，MCU工作在STOP模式時，要關閉電壓測量、溫度測量電路以降低電池能耗。從Stop模式進入Run模式，需外界條件喚醒。喚醒方式采用顯示按鍵喚醒方式、電流喚醒的方式。當顯示按鍵按下時，CPU即由Stop模式進入Run模式;當有電流流過采樣電阻時，CPU由Stop模式進入Run模式。Run模式下，10分鐘內沒有事件發(fā)生，MCU自動進入Stop模式。

4系統(tǒng)功能方案及軟件設計

4.1功能方案

4.1.1電池保護管理

智能電池管理電路在電池的使用過程中，實時監(jiān)控電池的電流、電壓、溫度、容量。智能電池管理系統(tǒng)通過計算，對鋰離子電池實現(xiàn)下列保護：

(1)充電時，當總容量超過電池規(guī)定的最大容量，充電過程中溫升大于3℃/2min，充電溫度≤ -20℃、≥+55℃，向智能化充電機提供告警信息，并自動切斷充電輸入。另外當有一個單體電池電壓超過4.25V，向智能化充電機發(fā)出告警信息，并能自動切斷充電輸入。

(2)放電時，智能管理電路通過對電壓、電流測量及上次充電過程數(shù)據(jù)記錄，防止電池過放電損壞。當智能管理電路發(fā)現(xiàn)電池繼續(xù)放電會造成過度放電時(單體電池電壓≤2.5V)，智能電池發(fā)出告警信息并關閉放電輸出。

4.1.2溫度管理

溫度、溫升對電池的影響是不能忽視的。在使用過程中異常的溫升需特別對待，特別是充電過程中大于3℃/2min的異常溫升需要采取保護措施。另外溫度對電池的剩余容量有顯著的影響，溫度是剩余容量計算、供電時間預測的重要的修正參數(shù)。

智能電池采用多點測溫對電池進行溫度管理，識別電池組溫度，單體電池的異常溫升，環(huán)境溫度巨變。智能電池按以下規(guī)則識別：

(1)充電過程中2個測溫點溫度值相差不到2℃，連續(xù)的溫度變化率相差不超過2℃，判別為電池組溫度。其它智能設備讀取的電池溫度為所有測溫點的平均值。

(2)充電過程中在電池充電容量加上起始剩余容量之和大于70%額定容量時有一個測溫點的溫度變化率超過3℃/2min，判別為充電異常溫升。

(3)智能電池被充電喚醒后電池組溫度(平均溫度)變化率超過3℃/2min需試驗確定，判別為環(huán)境溫度巨變。

智能電池在充電的過程中，環(huán)境溫度在低于電池溫度-20℃情況下電池組不允許充電，-20℃~+10℃ 不允許大電流充電，+10℃~+55℃允許大電流充電，在+75℃以上不允許充電。

4.1.3容量的計算的方法

容量計算的基礎是測量的電流對時間的積分，計算公式為：

Q=∫i dt

由于68HC908單片機內部的ADC采用了∑—S方式，轉換速度很快，以累加的方式可以實現(xiàn)精度較高容量計算。

4.2系統(tǒng)軟件設計

智能電池管理系統(tǒng)軟件是被寫入到68HC908的FLASH 中，經(jīng)過電路處理電池的電流、電壓、溫度模擬信號轉換成數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)結合電池的特性，完成系統(tǒng)功能方案指定的功能并且可以向與智能電池和電臺提供相關電池的信息。軟件的硬件平臺是68HC908單片機，軟件的開發(fā)平臺為68HC908集成開發(fā)環(huán)境。程序結構框圖如圖2所示：

另外，智能電池提供統(tǒng)一的智能接口，這些智能的接口可以通過SMBus1.1協(xié)議進行訪問。智能充電機、用電器可以采用相同的總線技術按照SMBus1.1規(guī)范的協(xié)議簡單、方便地訪問這些接口。智能電池提供的這些接口能滿足用電器及充電機向系統(tǒng)化、統(tǒng)一化、智能化方向發(fā)展要求。用電器、充電機通過讀取這些信息可以知道智能電池制造、使用的全過程信息及電池當前使用的狀況。

5結束語

本文給出了一套智能電池管理系統(tǒng)開發(fā)方案，闡明了管理系統(tǒng)的功能和實現(xiàn)方法。采用低功耗的設計思想，確保電路的自耗電滿足電池存儲的需求。充分利用68HC908系列單片機豐富的對外接口控制功能，利用SMBus總線為用電器和智能化充電機隨時提供所需的各種信息。本系統(tǒng)方便了用戶，減少了操作，實現(xiàn)了智能化、一體化設計。